1966年,大福開發出日本國內第一個自動倉庫系統(AS/RS)。開發此系統旨在通過(1)有效地利用土地、(2)提高倉儲效率、(3)倉庫作業的省人化和省力化,以及(4)改善管理水準,實現減少倉庫工作量和節省成本的目的。在當時,倉庫的標準類型是單層倉庫。裝貨、卸貨和倉儲作業大多為人工作業,並通過分類帳和單據管理庫存商品等,物流能力也沒有現在這麼先進。在這種情況下應運而生的自動倉庫是一種顛覆了傳統倉儲理念的革命性物流技術創新。

  自這項技術誕生近四十年來,現今自動倉庫的產品範圍已擴展到自動存取機及周邊設備等多種機型,技術的進步實現了高能力,高性能化,應用範圍愈加廣泛,行業需求增大,業務迅速發展。在此我們將介紹自動倉庫市場和技術的發展歷史,以及未來的趨勢。

市場發展

20世紀70年代:通過大力採用電腦技術推廣普及自動倉庫系統

  正如其名稱所示,自動倉庫系統(AS/RS)使倉庫實現了立體化和自動化,在20世紀70年代初,自動倉庫大多被製造商用於儲存成品和原材料。此外,當時自動倉庫不一定為低成本,加上盈虧平衡點較高,因此客戶主要為大型公司。

  1966年,我們將Rackbuil System(有人操作的一體式自動倉庫系統,以下簡稱「RB」),作為日本第一個自動倉庫(圖1),提供給松下電器產業株式會社電動機事業部。此外,我們開始著手名為Rack Master (RM) 自動存取機的無人化操作,使用X、Y和Z座標對自動倉庫的儲存位置進行管理,並可以在電腦上輕鬆操作。1969年,我們交貨給旭化成工業株式會社延岡工廠日本國內第一台採用電腦控制的全自動RB。

  由於自動倉庫可採用電腦控制,庫存管理的準確性得以提高,可以同時進行物品的出入庫的庫存管理。因此,採用自動倉庫系統的領域開始出現爆發性擴張。例如,作為可管理數以萬計物品的汽車維修零件中心,提供豐田汽車公司的春日工廠、日產汽車公司的相模原零件中心世界最大規模的自動倉庫(圖2)。此外,無法容許出錯的製藥公司等也採用了自動倉庫,主要為了加強庫存管理和出入庫管理的精度。

  從20世紀70年代中期開始,自動倉庫的有效性開始逐漸被市場認可,推出與一體式系統相比更具性價比的自動倉庫的需求變得更加迫切。針對這些需求,我們開發出標準型的棧板式自動倉庫和超高速箱式自動倉庫,並開始展開銷售。

  • 日本國內第一個自動倉庫(RB)

    照片1:日本國內第一個自動倉庫(RB)

  •  世界最大規模(當時)的汽車零件管理自動倉庫

    照片2:世界最大規模(當時)的汽車零件管理自動倉庫

  • 被稱為世界最先進(當時)的機床FA工廠

    照片3:被稱為世界最先進(當時)的機床FA工廠

20世紀80年代:應用於廣泛領域

  在20世紀80年代,日本工業產品的競爭力已超過美國和其他歐洲國家,製造業的資本投資愈發活躍。自動倉庫的使用範圍也從過去的成品倉庫擴大至生產現場,其中以電氣、電子、精密機械等的生產現場為主。這些倉庫有零件的儲存和供給功能,24小時運行的緩衝功能,在工序間和工序內作為排程和分類設備使用。在這種背景下,研發出工序間和工序內自動倉庫和無人搬運車(AGV)等,另外又構成生產設備與電腦結合的生產系統(FMS、FA)。我們向包括FANUC公司、富士通公司和牧野機床製作所(照片3)在內的多家龍頭企業提供了先進的工廠自動化系統。當時開發的多功能自動加工機床,時至今日仍保持著強勁的需求。

  另一方面,成品倉庫系統滿足了作為配送中心的功能。自動倉庫和各種周邊設備組合提高了自動化水準,建設了許多系統化的中心。我們向包括Toppan Forms公司、Sangetsu公司和山之內製藥公司在內的多家公司提供了先進的配送中心系統。這些配送中心與總部的資訊系統和物流中心系統用專線連接,努力實現縮短交貨週期,提高交貨精度和庫存管理的精度。而且從那時起,伴隨著日本製造業的全球擴張,我們開始向海外出口自動倉庫,時至今日出口份額亦在不斷擴大。

  從20世紀80年代中期起,隨著當時的經濟環境和人手不足等原因,主要被大企業採用的自動倉庫,也逐漸被中小型廠商所採用,因此市場進一步快速擴張。隨著時代的發展,電腦開始普及,我們成功開發出使用電腦和套裝軟體的相對廉價的庫存管理系統。因此,小型自動倉庫也可以通過電腦控制進行貨物出入庫和同步庫存管理。

20世紀90年代:出現各種高性能系統

  從20世紀80年代末到90年代初,製造業以外的農業、批發零售業、倉儲業、銀行、保險和公共機構也開始採用自動倉庫。這些行業以前不太涉及物流自動化,因此採用自動倉庫後促使市場範圍進一步擴大。例如,在農業領域,自動倉庫可作為糙米保存庫、水果冷藏設備、裝運前蔬菜預冷設備、蘑菇養殖設備,以及自動倉庫被利用在蔬果分選的分類運輸設備。

  在20世紀90年代後半期,自動倉庫系統開始在更接近最終消費者的物流階段投入使用。包括在倉儲業和批發零售業中作為隨著通貨緊縮而增加的消費品進口基地的自動倉庫,以及在物流中心內以實現供應鏈管理(SCM)的自動倉庫等。這些配送中心除了棧板式自動倉儲之外還配置了可以處理各種形狀和大小的貨物的箱式自動倉庫,作為出貨以及揀貨作業前的理貨設備,不同於傳統的倉儲功能。大福公司開發出高性能的箱式自動倉庫,並擴大移載裝置的種類功能以滿足客戶需求。此外,在2002年開發的高性能箱式自動倉庫高速分揀系統(MIII),與傳統的自動倉庫系統相比減少約一半的Cycle time,這使得箱式自動倉庫可以對應通過型配送中心的貨物裝卸速度。

  因此,出現了滿足物流環境的顯著變化的功能性需求。此外,隨著20世紀70年代到80年代建設的自動化設備的不斷老化,更新設備的需求也不斷增加。

特殊環境下的自動倉庫

  最初的冷凍自動倉庫建於上世紀70年代的一段時期,但由於盈利能力較低,建設中斷了很長一段時間。然而,隨著製冷技術、社會和物流環境的變化,盈利能力有所提高,因此,從上世紀90年代起,食品批發和水產加工業等行業對自動倉庫的建設需求不斷增長。

  危險品倉庫,依據1990年修訂和執行的消防法規定,可以建設真正的自動倉庫(建築面積1000㎡以下,高度20m以下)。由之前的主流小型棧板式自動倉庫(工序間倉庫),改變為建造許多具備完善倉儲功能的一體式自動倉庫。

  在半導體製造業,集積度提高,生產過程中也必須保持較高的清潔度。由於操作人員是潔淨室內最大的灰塵源,因此工序間輸送和工序間緩衝應採用無人化操作。大福公司開發出潔淨室用自動倉庫潔淨立庫(CLS),作為工序間緩衝設備。目前,包括主要的半導體製造商在內,世界各國的工廠多採用CLS。此外,這些技術也應用於LCD和PDP等生產線。

技術的發展歷史

RM:多種用途和功能

  由於最初的RM驅動裝置由變極電動機和滑動接頭的組合裝置構成,因此移動的速度有限,走行僅為90m/min,垂直移動速度為20m/min,每小時可處理20到30個棧板。為了提高速度,在20世紀70年代末和80年代末,我們分別更換為DC發動機和變頻調速。目前,走行移動速度已提高到200m/min,垂直速度已提高到100m/min,每小時可處理60個棧板。

  為了適用於各種使用目的和功能,RM種類不斷增加。目前,包括在複數巷道應用單一RM的移載式系統、可在雙儲位料架中雙倍儲存貨物的雙儲位式系統,以及可運載2個貨物的雙往復式叉車型系統。隨著第三產業客戶的增加,我們開發了多種模式的箱式RM移載裝置,包括夾具方式和側帶拉進方式,這樣就可以直接搬運各種尺寸的紙箱。

  RM的操作方法包括搭乘操作、數位鍵或位置編號卡和電腦控制。現在,大多數自動倉庫系統均採用電腦控制。然而,像模具類等儲存物品,品項數量少,且需要在固定位置進行操作,在這種情況下,由於數位鍵盤或位置編號卡便於使用,工廠仍然用其進行操作。此外,搭乘操作僅應用於日本極少數系統中。

通過內置的微型電腦進行更先進的控制

  在開發初期,人們應用繼電器電路進行控制,隨後,電晶體很快應用於電路板中,20世紀70年代末,演變為電路板中內置微型電腦。移動電纜最初用來傳達RM裝置與地面之間的信號,而感應無線電應用於20世紀70年代後半,隨後在20世紀80年代變為光纖傳輸。

  在20世紀80年代,微型電腦的性能提高與低價格,為創造高性能RM做出了巨大的貢獻。以RM停止位置控制法為例,這種方法是我們為代替檢測板,開發出的可檢測到實際料架位置的位置學習控制法(專利權為大福公司所有),以此自動確定每個棚位的停止位置。該技術既提高了自動倉庫的可靠性,又降低了現場的調整時間。從20世紀80年代末,隨著週邊設備等由集中控制轉變為分散控制,控制線路套裝化逐漸被應用於自動倉庫系統的控制操作中。從而提高了品質,簡化了維護工作,並縮短了工期。

  隨著自動倉庫的市場從製造業擴展為第一產業、第三產業,不設維修人員的客戶公司的數量不斷增加,因此,對故障的早期發現和早期檢測工作變得非常重要。針對上述需求,大福公司在1991年開發了領先行業內其他競爭對手的「9X 型控制模式」,該模式標準配備了可應用功能表的圖形顯示監控系統、異常記錄管理系統,並配備有線路遠端監控系統。同時,大福公司啟動了內部系統支援中心(SSC),為已交付的系統使用者提供全年、全天候線上系統服務。

強化了高速無人搬運車和機器人等週邊設備

  最初,大多數用於自動倉庫的週邊設備是由輸送機構成的。上世紀80年代,為了提高搬送速度和可靠性,大福公司開發了安裝有變速裝置的外部驅動移載台車。但是,這種台車的處理能力、移動速度、運行產生的噪音、維修等性能並不能滿足市場的要求。為了解決這些問題,大福公司在1987年研發出了高速、高能力、低噪音、且可以自主進行分散控制的有軌式台車(STV)。這讓系統標準化並提高了可靠性,縮短了交付時間,並降低了成本。對於自動倉庫系統而言,現有的STV是必不可少的週邊設備。

  為了對應儲存在棧板內產品的少量出貨操作,配送中心必須揀選以箱為單位的貨物。在過去,許多以箱為單位的揀貨作業需要手動進行。由於這項勞動密集型工作會引起背部疼痛,因此,配送中心需要自動揀貨設備。為滿足上述需求,大福公司在1995年研發出了一種貨箱揀選系統,這種系統結合了機器人技術和可應用影像處理技術的位置識別設備。構築了與自動倉庫連動的高性能系統 ,交貨給需要大量處理以箱為出貨單位的飲料生產客戶。

  • 在歐洲,自動倉庫系統用於儲存電子產品

    照片4:在歐洲,自動倉庫系統用於儲存電子產品

  • 在中國,自動倉庫系統用於儲存PC成品

    照片5:在中國,自動倉庫系統用於儲存PC成品

今後的市場和技術走向

  現在,自動倉庫已經普及發展到了日本的各行各業,無法達到最盛期的成長水準。然而,自動倉庫不僅在儲存、分揀和理貨,在生產設備中自動倉庫也成為必要不可缺的元素,我們可以預見今後市場也將繼續對自動倉庫有相同程度的需求。

  從全球角度來看,日本和歐洲導入自動倉庫的件數較多。在日本自動倉庫被廣泛用於各行各業,發揮了各種用途,小型自動化倉庫的件數較多。另一方面,在歐洲大多是大型企業引進大型自動倉庫,這些公司大部分為配送中心(照片4)。在北美地區,許多配送中心是由料架、輸送機、叉車構成的,自動倉庫的使用率較低。東亞地區,包括中國、韓國和臺灣,自動倉庫的需求量隨著經濟的發展迅速增加。在中國,雖然過去使用自動倉庫的公司大多是進駐中國的外國公司,但是現在,煙草行業等先進的本地公司也開始使用自動倉庫,可以預計自動倉庫在中國市場未來的發展將達到20世紀70年代初期時類似日本的情景(照片5)。

  隨著自動倉庫的高性能化,依照使用目的和用途, 功能不斷擴大變化。目前常用功能大部分已被開發。我們要努力向前發展,研發出無需維修的系統,以及預防保全的系統並活用計畫案件時先進行模擬,建構更先進的高度整體綜合性系統。

  大福公司將繼續傾聽客戶的需求,與客戶齊心協力,盡最大的努力建立全新的、更優秀的系統。

摘自大福公司新聞 No.169 (2003年12月)